四管柱在大空間模板支撐體系中的應用*

李 燕，文 哲，李 強

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

結合廣東太平嶺核島項目各廠房層高，四管柱高度主要為 1 270， 1 770，2 020，2 850mm等規格。采用φ48×3.5鋼管、4mm厚綴板、10mm厚端頭連接板、20mm厚上托撐、20mm厚下托撐、外徑90mm螺栓千斤頂、外徑120mm螺栓調節桿組裝成四管柱支撐體系(見圖1)。

圖1 四管柱三維結構

2 結構設計

首先采用綴板將4根φ48×3.5鋼管焊接形成柱身，柱身端頭采用10mm厚鋼板與柱身焊接形成整體，最后將加工完成的上托撐、下托撐、螺栓千斤頂、螺栓調節桿采用M16螺栓與柱身連接形成完整的四管柱支撐體系。四管柱組合使用滿足不同支撐高度，適當調整特殊部位四管柱高度以滿足施工需求。

3 穩定性計算

1)根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》《建筑施工計算手冊》、GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》(2015年版)對2 850mm高四管柱支撐進行驗算。四管柱性能參數如表1所示。

表1 四管柱性能參數

四管柱支撐可按兩端鉸接的軸心受壓構件進行計算，計算可得其容許荷載為395kN。

2)整體穩定性驗算 在不考慮鋼管連接加勁的情況下，四管柱支撐容許應力為109.3N/mm2<215N/mm2，滿足強度要求。

3)格構式軸心受壓構件穩定性驗算 綴件為綴板時，四管柱支撐容許應力為109.3N/mm2<215N/mm2，滿足強度要求。

4 預壓荷載試驗

核島廠房設備間、設備引入通道及部分樓板需采用四管柱支撐體系。為驗證四管柱承載能力，采用4根四管柱，在合適場地進行荷載試驗。

4.1 試驗步驟

試驗場地選擇→試驗用構配件驗收→試驗裝置安裝→試驗裝置檢查→荷載試驗→分級加載→加載完成靜止≥24h→測量變形→卸荷→拆除試驗裝置→工完場清。

1)為保證配重塊就位準確，在試驗裝置兩側搭設操作腳手架，腳手架搭設應滿足《腳手架施工方案》要求，且不能與試驗裝置連接。

2)四管柱采用水平鋼管縱橫向連接成整體，豎向間距≤1m，底部水平桿距四管柱底盤高度≤200mm，頂部水平桿距四管柱頂盤≤200mm。

3)每根四管柱在頂部和底部單獨設置鋼管斜撐，模擬現場水平加固桿頂墻工況，防止側翻。2根工字鋼之間采用短鋼管連接成整體，模擬現場工字鋼之間鋼筋點焊加固工況，防止工字鋼側翻。

4.2 試驗要求

選用HG29D布料機配重塊作為加載配重，單個配重塊重4t，采用2 850mm高四管柱進行試驗。采用12個配重塊進行加載，實際荷載總重480kN。分3次加載，第1次加載至最大承載61.8%(7塊)，間隔12h后加載至最大承載80%(9塊)，再次間隔12h后加載至最大承載(12塊)，待全部加載完成24h后觀察四管柱變形，24h后沉降變形及水平變形≤10mm即為合格，荷載持續時間為2021-05-02 08:00—2021-05-04 18:00。

4.3 試驗結論

四管柱試驗裝置實際加載48t，持荷時間超過48h。試驗過程中裝置均能保持穩定，無明顯變形、開裂等異常現象，能滿足現場120kN的施工工況。

5 施工要點

5.1 施工工藝流程

四管柱材料準備→四管柱組裝→工字鋼組裝→樓板支撐架搭設→支撐架驗收→主、次龍骨鋪設→標高控制及調整→模板鋪設。

5.2 四管柱、工字鋼安裝

5.2.1四管柱

1)四管柱橫向間距≤2.2m(凈間距≤2.0m)、縱向間距≤2.4m(凈間距≤2.2m)。

2)四管柱安裝前，將底托底部混凝土面打磨平整，保證四管柱安裝后頂部托撐及工字鋼水平度偏差≤2mm，垂直度偏差控制在1/1 000H范圍內且≤10mm。待混凝土澆筑完成7d后，可拆除四管柱間橫向加固鋼管及剪刀撐。

3)混凝土澆筑前，四管柱采用橫、縱向鍍鋅鋼管與周邊塔架或鋼管連接形成整體，鋼管豎向間距≤1.0m。 水平橫(縱)向加固桿與主框架橫桿或水平鋼管連接，水平加固桿最少連接3個四管柱。水平鋼管與四管柱單肢鋼管通過扣件連接，遇到綴板時，應避開綴板，保證間距≤1.0m。通道端部四管柱采用鋼管頂托加木方撐在混凝土結構上，防止四管柱側翻。四管柱調節底座和調節托座的調節螺桿伸出長度≤350mm，插入托撐內的長度≥100mm。通道如圖2所示。

圖2 通道示意

4)沿通道長度方向在兩側搭設剪刀撐或八字撐，每道剪刀撐水平寬度為2～3個四管柱，剪刀撐斜桿與地面傾角為45°～60°。由于四管柱頂托影響，剪刀撐無法與工字鋼上部支撐架連接。

5)采用工字鋼(各房間尺寸不同，根據最新圖紙現場選用)作為塔架或樓板主梁下部支撐。相鄰工字鋼接頭部位應在四管柱頂部，若無法滿足此要求，應在接頭部位另外設置四管柱支撐。

5.2.2工字鋼

1)次梁工字鋼面部拉設通長直徑≥16mm、間距≤1 500mm鋼筋與工字鋼點焊，防止工字鋼側翻。焊腳高度≥6mm，焊縫應飽滿，無夾渣。主梁與次梁之間也應焊接，焊縫要求同上。

2)工字鋼上部塔架按如下要求單獨設置剪刀撐：2步以內支撐架無須設置豎向斜桿或小剪刀撐；3步以上支撐架在架體縱向第1跨及架體內部區域每隔不大于4個跨距、4個列距設置豎向斜桿或連續豎向剪刀撐，當支撐架體四周有圍護結構加固時，可取消最外側豎向斜桿或豎向剪刀撐；每道剪刀撐或斜桿水平寬度為2～4榀塔架，設置連續剪刀撐斜桿水平寬度為6～10m，剪刀撐斜桿與地面傾角為45°～60°。

3)四管柱剪刀撐無法與工字鋼上部鋼管連接時，工字鋼上部支撐架按如下要求單獨設置剪刀撐：剪刀撐搭接長度應≥1m，等間距設置3個旋轉扣件固定，端部扣件蓋板邊緣至搭接水平桿桿端距離應≥100mm；樓板厚度≤300mm時，剪刀撐按普通型要求搭設：在架體外側周邊及內部縱、橫向每5～8m 由底至頂設置連續豎向剪刀撐，剪刀撐寬度應為5～8m；在豎向剪刀撐頂部交點平面設置連續水平剪刀撐。

4)當1 200mm≥樓板厚度≥400mm時，剪刀撐按加強型要求搭設：在架體外側周邊及內部縱、橫向每5跨(且≥3m)，由底至頂設置連續豎向剪刀撐；在豎向剪刀撐頂部交點平面設置水平剪刀撐，掃地桿應設置水平剪刀撐，水平剪刀撐至架體底平面距離與水平剪刀撐間距≤6m，剪刀撐寬度應為3～5m。

5.3 四管柱拆除

1)拆除前，應全面檢查支撐架扣件連接、連墻件、支撐體系等是否符合構造要求。

2)拆除前需對施工人員進行交底，應根據檢查結果在交底中補充完善拆除方案中描述的拆除順序和措施，審批后方可實施。

3)拆除前，應清除支撐架和跳板上雜物及地面障礙物。

4)拆除塔架支撐時，必須由上而下逐層進行，嚴禁上、下同時作業。分段拆除高差>2步時，不應拆除下部頂墻鋼管。

5)架體拆除作業應設專人指揮，當有多人同時操作時，應明確分工、統一行動，且應具有足夠的操作面。

6)卸料時各構配件嚴禁拋擲至地面；運至地面的構配件應及時檢查、整修和保養，并應按品種、規格分別存放。

5.4 安全、質量控制要點

5.4.1安全

1)建立以項目經理為組長、項目生產經理及安全總監為副組長、各部門成員為組員的安全領導小組。

2)安監部每周進行安全聯合檢查，組織各部門主要人員對現場主要施工部位進行安全、質量等問題的檢查排查。

3)發現違反施工程序，不按設計圖紙、規范、規程施工，使用不符合質量要求的原料、成品和設備時，各級質檢人員有權制止，必要時向主管領導提出暫停施工進行整頓的建議。

4)搭設樓板支撐過程中，要足夠重視支撐體系材料的使用，搭設前檢查構件破碎程度，禁止使用有焊接痕跡、開裂、銹蝕嚴重、彎曲現象的構件。

5)支撐體系拆除需在混凝土強度達到設計要求后辦理拆模申請，經批準后方可執行拆模工作。模板支撐拆除時設置警戒區域，嚴禁無關人員進入，對于空間狹小房間，同時作業人員不得少于2人。拆除的材料應安全、可靠地由上而下傳遞，嚴謹隨意向下拋擲。

6)搭設過程中使用的臨時工具應放在工具袋內，不得隨手放在跳板上，防止高空墜物傷人。

7)施工前，檢查施工人員所做防護措施是否完整可靠，根據現場實際情況深化三級交底。

8)在工字鋼、模板、四管柱等安裝、拆除過程中，施工人員應注意工字鋼、四管柱等不得同設備發生碰撞，并應設置監護人員；為防止高空墜物傷人，應在通道上部鋪滿木跳板或鋼跳板。

10)施工結束后，檢查并清理現場，清除松散構件等。

5.4.2質量

1)四管柱支撐與支撐架搭設前需進行定位放線，支撐平面位置必須準確，縱橫方向排列整齊；安裝完成后，利用水平尺檢查水平度，通過調節底座調節桿螺母使2個方向水平尺氣泡均居中，從而保證支撐架在豎向保持垂直，四管柱支撐垂直度可通過周邊支撐架垂直度進行調整。

2)使用樓板支撐材料前，對材料質量進行檢查，禁止使用有破損、彎曲、裂痕的材料。搭設時需根據樓板情況適當調整，支撐架立桿避開套管、洞口。鋪設樓板底模主背楞時，需結合廠房結構調節使用主、次背楞型號，嚴禁隨意切割主、次背楞。

3)四管柱加工完成后，應組織相關部門進行驗收，合格后方可運至現場使用。由于單個高度較高，安裝后應采用臨時加固措施，防止傾倒砸傷施工人員。安裝工字鋼前，應調整托撐保證托撐面平整度≤2mm，當平整度不能滿足要求時，嚴禁布置工字鋼。主、次梁安裝完成后,應組織相關人員對四管柱垂直度、平整度、尺寸及焊接連接等進行驗收，合格后方可繼續施工。

4)樓板底模搭設完畢后，對標高進行檢查調整。

6 結語

四管柱在核島大空間模板支撐體系中起著至關重要的作用，關系到設備的正常引入，且為人員通行提供保障。實踐表明，四管柱的應用有效解決了設備在樓層內轉運問題，保證了人員的正常通行。